Zmień prędkość impulsusupersilny, ultrakrótki laser
Terminem super ultrakrótkie lasery określa się zazwyczaj impulsy laserowe o szerokości impulsu wynoszącej dziesiątki i setki femtosekund, mocy szczytowej rzędu terawatów i petawatów, a natężenie ich skupionego światła przekracza 1018 W/cm2. Super ultrakrótki laser i generowane przez niego źródło superpromieniowania oraz źródło cząstek o wysokiej energii mają szeroki zakres zastosowania w wielu podstawowych kierunkach badawczych, takich jak fizyka wysokich energii, fizyka cząstek elementarnych, fizyka plazmy, fizyka jądrowa i astrofizyka, a także dorobek naukowy wyniki badań mogą następnie służyć odpowiednim gałęziom przemysłu zaawansowanych technologii, zdrowiu medycznemu, energii środowiskowej i bezpieczeństwu obronnemu kraju. Od czasu wynalezienia technologii wzmacniania impulsów ćwierkających w 1985 r., pojawienie się pierwszego na świecie watalaserw 1996 r. i ukończeniu pierwszego na świecie 10-watowego lasera o mocy 10 uderzeń w 2017 r., w przeszłości celem super ultrakrótkiego lasera było głównie uzyskanie „najbardziej intensywnego światła”. Badania przeprowadzone w ostatnich latach wykazały, że pod warunkiem utrzymywania superimpulsów laserowych, jeśli uda się kontrolować prędkość transmisji impulsów super ultrakrótkiego lasera, w niektórych zastosowaniach fizycznych może to przynieść dwukrotnie większy wynik przy o połowę mniejszym wysiłku, czego się oczekuje aby zmniejszyć skalę super ultra-krótkichurządzenia laserowe, ale poprawić jego działanie w eksperymentach fizyki lasera wysokiego pola.
Zniekształcenie czoła impulsu ultrasilnego ultrakrótkiego lasera
Aby uzyskać moc szczytową przy ograniczonej energii, szerokość impulsu zmniejsza się do 20 ~ 30 femtosekund poprzez zwiększenie szerokości pasma wzmocnienia. Energia impulsu obecnego 10-watowego ultrakrótkiego lasera wynosi około 300 dżuli, a niski próg uszkodzenia siatki kompresora sprawia, że apertura wiązki jest na ogół większa niż 300 mm. Wiązka impulsów o szerokości impulsu 20–30 femtosekund i aperturze 300 mm z łatwością przenosi zniekształcenia sprzężenia czasoprzestrzennego, zwłaszcza zniekształcenia czoła impulsu. Rysunek 1 (a) przedstawia czasoprzestrzenną separację frontu impulsu i frontu fazowego spowodowaną rozproszeniem roli wiązki, przy czym pierwsza pokazuje „przestrzenno-czasowe nachylenie” w stosunku do drugiej. Drugim jest bardziej złożona „krzywizna czasoprzestrzeni” powodowana przez układ soczewek. FIGA. 1 (b) pokazuje wpływ idealnego czoła impulsu, nachylonego czoła impulsu i zakrzywionego czoła impulsu na czasoprzestrzenne zniekształcenie pola świetlnego obiektu. W rezultacie intensywność skupionego światła jest znacznie zmniejszona, co nie sprzyja zastosowaniu silnego pola super ultrakrótkiego lasera.
FIGA. 1 (a) nachylenie czoła impulsu spowodowane przez pryzmat i siatkę oraz (b) wpływ zniekształcenia czoła impulsu na czasoprzestrzenne pole świetlne celu
Kontrola prędkości impulsu jest bardzo silnaultrakrótkiego lasera
Obecnie wiązki Bessela powstałe w wyniku stożkowej superpozycji fal płaskich znalazły zastosowanie w fizyce laserów wysokiego pola. Jeśli stożkowo nałożona wiązka impulsów ma osiowosymetryczny rozkład czoła impulsu, wówczas geometryczne natężenie środka wygenerowanego pakietu fal rentgenowskich, jak pokazano na rysunku 2, może być stałe nadświetlne, stałe podświetlne, przyspieszone nadświetlne i opóźnione podświetlne. Nawet połączenie odkształcalnego zwierciadła i przestrzennego modulatora światła fazowego może wytworzyć dowolny przestrzenno-czasowy kształt czoła impulsu, a następnie wytworzyć dowolną, kontrolowaną prędkość transmisji. Powyższy efekt fizyczny i jego technologia modulacji mogą przekształcić „zniekształcenie” czoła impulsu w „kontrolę” czoła impulsu, a następnie zrealizować cel modulowania prędkości transmisji ultrasilnego, ultrakrótkiego lasera.
FIGA. 2 (a) stałe szybsze od światła, (b) stałe światło podświetlne, (c) przyspieszane szybciej od światła i (d) opóźnione impulsy świetlne generowane przez superpozycję znajdują się w geometrycznym środku obszaru superpozycji
Chociaż odkrycie zniekształcenia czoła impulsu nastąpiło wcześniej niż w przypadku super ultrakrótkiego lasera, wzbudziło ono szerokie obawy wraz z rozwojem super ultrakrótkiego lasera. Od dłuższego czasu nie sprzyja to realizacji podstawowego celu super ultrakrótkiego lasera – ultrawysokiego natężenia światła skupiającego, a badacze pracują nad tłumieniem lub eliminowaniem różnych zniekształceń czoła impulsu. Dzisiaj, kiedy „zniekształcenie frontu impulsu” przekształciło się w „sterowanie frontem impulsu”, udało się osiągnąć regulację prędkości transmisji super ultrakrótkiego lasera, zapewniając nowe środki i nowe możliwości zastosowania super ultrakrótkiego lasera w fizyka laserów wysokiego pola.
Czas publikacji: 13 maja 2024 r